دور الإحاطة المائية في إزالة الجليفوسات (GLY) وحمض الأمينوميثيلفوسفونيك (AMPA) بواسطة أغشية الترشيح النانوي

لماذا يهم الانتباه إلى المبيدات الخفية في الماء

تنتهي مبيدات الأعشاب مثل الجليفوسات، أكثر مبيد أعشاب استخدامًا في العالم، وناتج تفككه AMPA بصورة متكررة في الأنهار والبحيرات وحتى مياه الشرب. وعلى الرغم من تواجدها بتركيزات ضئيلة، إلا أن كلا المادتين مرتبطتان بسلسلة من المخاوف الصحية. تعتمد العديد من محطات المعالجة على أغشية خاصة لاحتجازها، ومع ذلك يمكن لهذه الجزيئات الصغيرة المرطبة جدًا أن تتسلل عبرها بسهولة أكبر مما كان متوقعًا. تستكشف هذه الدراسة عاملًا دقيقًا لكنه حاسم في إزالتها: الغلاف الرقيق من الماء الذي يلتصق بكل جزيء.

كيف تحاول المرشحات الحديثة إيقاف الملوثات الدقيقة

يركز الباحثون على أغشية الترشيح النانوي، حواجز رقيقة ذات مسام صغيرة جدًا بحيث تستطيع فصل الجزيئات الفردية. يمكن لهذه الأغشية حجز الملوثات بثلاث طرق رئيسية. أولًا، بالحجم: إذا كانت الجزيئة أكبر من المسام، فلا يمكنها العبور ببساطة. ثانيًا، بالشحنة: إذا كانت كل من الملوث وسطح الغشاء يحملان شحنات كهربائية مشابهة، فإنهما ينبذان بعضهما البعض. ثالثًا، بالترطيب: تُلف الجزيئات في الماء بطبقات من جزيئات الماء، وإجبارها على فقدان بعض هذا الغلاف يكلف طاقة، مما قد يثنيها عن دخول المسام الضيقة. سعى الفريق لتفكيك مدى مساهمة هذا التأثير المرتبط بالترطيب في إيقاف الجليفوسات وAMPA.

اختبار أغشية مختلفة في ظروف واقعية

قام المؤلفون بترشيح مياه مضاف إليها مستويات واقعية من الجليفوسات وAMPA عبر ستة أغشية تجارية تراوحت من الضيّقة جدًا إلى المفتوحة نسبيًا. كما كان متوقعًا، أزالت الأغشية الأشد ضيقًا، ذات أصغر أحجام مسامية، نحو 85–90 بالمئة من كلا المادتين، في الغالب عن طريق الحجز بالحجم البسيط، مع مساهمة صغيرة للشحنة والترطيب. أما الأغشية الأكثر انفتاحًا فكان لها مسام أكبر من حجم هذه الملوثات العارية وتقريبًا لا تميل لامتصاصها على السطح. ومع ذلك، فقد نجحت أيضًا في إزالة حصة ملحوظة، لا سيما عندما كانت الملوثات تحمل شحنة كهربائية. دل ذلك على أن النبذ القائم على الشحنة والترطيب، وليس حجم المسام وحده، كان يقوم بالغالبية من العمل.

القوة الخفية لأغلفة الماء ودرجة الحموضة

لفهم كيف تتغير أغلفة الماء، عدّل الفريق حموضة الماء (الأس الهيدروجيني). عند درجات حموضة منخفضة جدًا، يكون الجليفوسات وAMPA محايدين في الغالب، لذا يصبح النبذ القائم على الشحنة ضعيفًا. وحتى في هذه الحالة، استمر بعض الإزالة (نحو 50–80 بالمئة للجليفوسات وأقل لـ AMPA) مع الأغشية المفتوحة، مما يشير إلى أن الحجم المرتبط بالترطيب للجزيئات كان فعليًا أكبر من المسام. مع زيادة الأس الهيدروجيني وأصبحت الجزيئات أكثر سلبية الشحنة، ازداد كل من الإزالة وسُمك وبنية أغلفة الترطيب حولها. باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء، تمكن الباحثون من كشف تغيّرات دقيقة في طريقة اهتزاز جزيئات الماء حول الملوثات، وهو علامة على ترابط هيدروجيني أوثق. دعمت المحاكاة الحاسوبية هذا الاكتشاف، كاشفة عن عنقود كثيف من جزيئات الماء حول المجموعات المشحونة على الجليفوسات وAMPA، خاصة حول الطرف الفوسفاتي لكل جزيء.

عندما يساعد الضغط الملوثات على المرور

اختبرت الدراسة أيضًا ما يحدث عندما يُرفع الضغط الدافع عبر الغشاء. بالنسبة للأغشية الأشد ضيّقًا، لم يكن لزيادة الضغط تأثير كبير على الإزالة: بقيت الجزيئات محجوزة في الغالب. أما بالنسبة لغشاء أرخى، فقد قلّصت زيادة الضغط الإزالة بشكل كبير، فانخفضت نسبة رفض الجليفوسات من نحو 86 بالمئة إلى أقل من 30 بالمئة ونسبة رفض AMPA إلى أقل من 10 بالمئة. يفسّر المؤلفون ذلك بأن غلاف الترطيب يُقتطع جزئيًا تحت ضغط قوي؛ ومتى انتحر طبقة الماء الواقية، يمكن للجزيئات «الأخف» أن تتقلص عبر المسام بسهولة أكبر، مما يضعف الحاجز القائم على الترطيب.

ماذا يعني هذا لمياه شرب أكثر أمانًا

تُظهر التجارب والمحاكاة معًا أن الغلاف الرقيق من الماء حول الجليفوسات وAMPA ليس مجرد فضول كيميائي بل هو مقبض عملي للتحكم في معالجة المياه. بالنسبة للملوثات الصغيرة عالية الشحنة، تعتمد الإزالة بواسطة الترشيح النانوي ليس فقط على حجم المسام ونبذ الشحنة ولكن أيضًا على مدى تمسك الماء حولها، ومدى سهولة تقشير هذا الغلاف تحت الضغط. يمكن أن يساعد فهم وضبط هذا التأثير المرتبط بالترطيب المهندسين على تصميم أغشية وظروف تشغيلية تُبقي مزيدًا من مخلفات مبيدات الأعشاب خارج مياه الشرب، دون الحاجة دائمًا إلى أعلى الضغوط واستهلاك الطاقة.

الاستشهاد: Trinh, P.B., Nguyen, M.N., Futera, Z. et al. The role of hydration in the removal of glyphosate (GLY) and aminomethylphosphonic acid (AMPA) by nanofiltration membranes. Nat Commun 17, 3741 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71492-y

الكلمات المفتاحية: الجليفوسات, الترشيح النانوي, تنقية المياه, غلاف الترطيب, إزالة المبيدات